一种吸附六价铬的弱碱性凝胶离子交换树脂及其制备方法与流程

本技术涉及工业污水重金属处理领域，更具体地说，它涉及一种吸附六价铬的弱碱性凝胶离子交换树脂及其制备方法。

背景技术：

1、重金属污染是当前环境保护领域急需解决的一个重要问题，其中六价铬是一种具有高毒性和长期蓄积性的污染物，接触会导致皮肤过敏，长期接触甚至会造成遗传性基因缺陷。六价铬的排放来源广泛，包括工业废水、冶金废渣和固体废弃物等，其污染对人类健康和生态环境都会造成严重威胁，常规微生物降解以及催化氧化等方法无法完全消除重金属污染物，只是使重金属发生了位置或化学形态的转变，因此急需开发一种高效、经济、环保的方法来去除含铬废水中的六价铬。

2、相关技术中采用天然生物材料，如：对果壳、木材等进行改性处理后用于吸附六价铬，这些天然材料具有丰富的功能基团，能够与六价铬形成络合物，实现吸附去除的目的。然而，天然材料的吸附容量和吸附速率有限，且易受到环境条件的影响。另一方面，一些研究采用纳米材料，如纳米氧化铁、纳米碳材料等，作为吸附剂用于六价铬的去除。这些纳米材料具有较大的比表面积和丰富的活性位点，能够高效吸附六价铬离子。然而，纳米材料的制备成本较高，且存在分散性差、回收困难等问题，限制了其在实际应用中的推广。综上所述，当前的六价铬吸附材料存在制备复杂、成本高、吸附容量和速率有限等问题。

3、因此，急需开发一种制备简单、成本低、高效吸附六价铬的新型材料，以解决六价铬污染对环境和健康造成的严重威胁，保护水资源和人类健康。

技术实现思路

1、为了获得一种原料与制备步骤简单、吸附六价铬能力强的离子交换树脂，本技术提供一种吸附六价铬的弱碱性凝胶离子交换树脂及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种吸附六价铬的弱碱性凝胶离子交换树脂的制备方法，采用如下的技术方案：

3、一种吸附六价铬的弱碱性凝胶离子交换树脂的制备方法，包括以下制备步骤：

4、(1)将丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以及交联剂溶解在去离子水里，50-60℃持续搅拌溶解得到溶解液；

5、(2)在上述溶解液中添加一定量的引发剂搅拌5-10min后，静置反应1-3h得到合成凝胶；

6、(3)将制得的合成凝胶经绞碎、粉碎、干燥后得到所述吸附六价铬的弱碱性凝胶离子交换树脂。

7、通过采用上述技术方案，丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以及交联剂在引发剂的作用下发生自由基聚合反应，使用去离子水作溶剂，避免了使用有机化学溶剂带来的危害，制得的离子交换树脂不仅能与六价铬离子络合形成络合物，还可以与水中的六价铬离子进行离子交换，从而将六价铬离子吸附固定到离子交换树脂中，提高弱碱性凝胶离子交换树脂高效吸附六价铬的能力。

8、可选的，所述交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸铵。

9、通过采用上述技术方案，n,n-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂能够使丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵发生交联反应生成三维网络结构，增加材料的稳定性，一方面提高了离子树脂的吸水性能，增加了离子交换树脂的表面积与空隙结构，增大了吸附离子的接触面积，提高了离子树脂吸附以及离子交换的能力。另一方面n,n-亚甲基双丙烯酰胺含有的双丙烯酰胺官能团，可以与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的氯化铵离子发生离子交换反应而被取代，参与到交联反应过程中增加了离子交换树脂的交换容量。

10、过硫酸铵作为引发剂可以快速分解产生自由基，促进丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵自由基聚合反应的发生，加快反应速率，提高反应效率。

11、可选的，所述丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与交联剂的重量份之比为1:1：(0.03-0.05)。

12、通过采用上述技术方案，通过控制交联剂的加入量调节凝胶离子树脂的交联程度，适当的交联程度可以提升凝胶离子树脂的吸附性能，以满足高效吸附六价铬的要求。

13、可选的，所述引发剂与交联剂的重量份之比为1:(1-1.5)。

14、通过采用上述技术方案，引发剂的加入量对最终产物的性能具有较大的影响，引发剂过量使用可能会导致反应物过度交联，使制得的离子交换树脂的分子链收到限制，导致吸收铬离子的能力下降。

15、可选的，所述步骤(2)中还加入了纳米零价铁。

16、通过采用上述技术方案，在制备过程中加入纳米零价铁，纳米零价铁可以与交联分子链中的双键反应从而吸附在双键上，在不影响原本离子交换树脂吸附能力的情况下，负载在分子链上形成负载有纳米零价铁的离子交换树脂，而纳米零价铁可以通过与六价铬离子发生吸附、还原等反应，除去铬离子，进一步提高离子交换树脂吸附六价铬离子的能力。

17、可选的，所述纳米零价铁为改性纳米零价铁，制备包括以下步骤：

18、将干燥的纳米零价铁与硅烷偶联剂以重量份25：(1-2)的比例，加入适量无水乙醇，加热搅拌反应后减压抽滤，干燥后制得所述改性纳米零价铁。

19、通过采用上述技术方案，通过对纳米零价铁的进一步改性提高其与反应物的反应性，增加纳米零价铁与基团连接的稳定性的同时也提高了纳米零价铁在加入到溶液中时的分散性，并且通过改性反应还能进一步提高纳米零价铁对六价铬的吸附作用，从而提高离子交换树脂吸附六价铬的能力。

20、可选的，所述制备方法包括以下制备步骤：

21、(1)将丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以及交联剂溶解在去离子水里，50-60℃持续搅拌溶解得到溶解液；

22、(2)在上述溶解液中添加一定量的引发剂搅拌5-10min后，加入纳米零价铁持续搅拌后，静置反应1-3h得到合成凝胶；

23、(3)将制得的合成凝胶经绞碎、粉碎、干燥后得到所述吸附六价铬的弱碱性凝胶离子交换树脂。

24、通过采用上述技术方案，在加入纳米零价铁后持续搅拌，保证纳米零价铁能够均匀的分散在溶解液中，后续经过反应使纳米零价铁充分包埋在制成的凝胶当中。

25、第二方面，本技术提供一种吸附六价铬的弱碱性凝胶离子交换树脂，采用上述的制备方法制备得到。

26、综上所述，本技术具有以下有益效果：

27、1、由于本技术以去离子水作为合成溶剂，聚合单体丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵发生自由基聚合，不涉及使用有机化学试剂，聚合操作步骤简单、反应条件温和，可以进行工业规模化的生产。与传统的苯乙烯系离子交换树脂通过胺化反应引入功能基团季铵基不同，本发明直接采用含功能基团季铵基的化学原料甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，解决了吸附六价铬吸附剂制备原料复杂和步骤繁琐的缺点，制得的弱碱性凝胶离子交换树脂具备吸水膨胀特性，能极大提高功能基团季铵基与废水中六价铬的结合效率，从而提高污染物截留和吸附效果。

28、2、本技术中优选采用经过改性的纳米零价铁参与凝胶树脂的制备过程，吸附在凝胶树脂的双键上，在不影响原本树脂的吸附能力的情况下进一步增强了凝胶离子交换树脂吸附铬的能力。